關于軟土地基研究和基礎基坑成本優化應用案例分析

張春香

（中鐵建南沙投資發展有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

本案例項目所處區域位于珠江三角洲沖積平原，屬于深厚軟土地基，覆蓋著深厚的淤泥、淤泥質土、淤泥質沙等軟土層，不僅其物理力學性能差，而且分布廣、厚度大，給工程建設帶來了巨大的挑戰，成為基礎、基坑工程設計和施工中突出的技術難題。深厚軟土區域工程變形大、沉降大。該區域較為常見的軟土分布深度在25～40m，軟土呈現出高壓縮性、低抗剪強度、強觸變性、高含水量的特點；在受到工程機械擾動或重載作用時，會觸發地面持續性的沉降，初期沉降深度可達1m 以上，給工程施工及生活居住環境帶來巨大影響。

深厚軟土區域施工組織難度大，且軟土場地無法承載施工車輛、施工機械的重量，給車輛行走、設備安裝使用帶來巨大安全隱患；同時，軟土受雨水等惡劣天氣影響較大，必須要經過處理才能勉強滿足施工的需求[1]。

深厚軟土區域基礎基坑形式復雜、工期長、成本高。且本案例所在區域的地基土層分布，常有穿過軟土層即進入巖層的分布，工程基礎設計時不得不選擇成本較高的灌注樁基礎，基坑支護設計時支護樁長度長、坑內外加固范圍大、止水要求高等，導致基礎基坑等地下工程的成本高、工期長、施工效果不理想[2]。

1 項目概況

本案例項目地處廣州南部一小島島尖，建設用地面積約29000m2，總建筑面積23000m2。

1.1 基坑設計信息

項目為兩個相鄰地塊組成，中間夾有一條代建道路，東地塊北側及東側均有一條代建道路，西地塊擬建二層地下室，東地塊擬建一至二層地下室。基坑開挖深度為3.70～7.70m，地下室邊線距離用地紅線僅有3～5m。

1.2 基坑周邊環境概括

北側：地下室約3.65m 外為用地紅線，紅線外為規劃路，現狀已填至+10.0m 標高（場地內標高為+5.50m）。

東側：地下室外為先建負一層地下室邊線。

南側：地下室約7.36m 外為用地紅線，紅線外為規劃路，現狀已填至+8.0m 標高（場地內標高為+5.50m）。

西側：地下室約3.97m 外為用地紅線，紅線外為規劃路，現狀標高與場地內平齊。

1.3 項目地質狀況

該項目地層組成較為均勻，開挖范圍主要為填土、超厚層淤泥質砂（厚度約25～30m）；淤泥質砂下為中粗砂層（厚度約10～15m），砂層下為風化巖層，入巖深度超深（入巖深度約50～60m）。基坑開挖的底面基本處于淤泥和淤泥質砂層中，代表性地質剖面如圖1 所示。

圖1 基坑中間地塊的典型地質剖面圖

2 項目可研階段擬定設計方案

項目在可研階段，基坑支護方案采用的是“排樁+水平內支撐”形式，止水構件采用的是三軸攪拌樁，樁長按照35m 長預估。項目在進行詳細的可研后發現，場地巖面深度比可研階段多15～20m，按照可研階段同樣的方案，基坑支護的成本要增加50%以上，方案優化勢在必行[3]。

3 優化思路

經過探討，本項目的基坑優化設計按照如圖2 所示思路展開。

圖2 基坑優化設計思路導圖

3.1 施工圖階段方案選型

參照相關基坑工程技術指南，按照支護成本由低到高的排序，逐步分析各種支護形式的適用性[4]。

（1）支護形式選型，對比結果如表1 所示。

表1 支護形式選型方案對比

（2）止水帷幕選型。根據項目的勘察情況，淤泥質砂層中夾有淤泥質土，并呈互層狀。初步分析淤泥質砂層并不純凈，豎向透水性較差，為此參考周邊地塊其中一濱海房地產項目（該項目地層情況與本項目相似，基坑深度9～12m，且該項目已通過專家評審）及另一會議展館項目，結合本項目特征（基坑在現狀地面開挖約4m 即到基坑底，基坑深度不深），且綜合考慮經濟、工期的情況下，考慮采用三軸攪拌樁進行懸掛止水。

3.2 開挖方案比選

項目由相鄰兩地塊組成，中間相隔一條代建道路，道路現狀已進行堆載預壓。

兩地塊的基坑開挖可采用單獨開挖如圖3 所示和連通開挖如圖4 所示兩種方式，二者的成本對比如表2所示。

圖3 原設計基坑平面

圖4 優化設計后基坑平面

表2 開挖方案成本對比

經項目組與道路業主方溝通，此預壓段土方可連通挖出，此方案節約成本約2000 萬元。且挖出的土質較好，可重復利用，減少外購土方的成本[5]。

3.3 采用長短樁（部分區段）替代長樁支護

由于本項目少部分鉆孔揭露顯示淤泥層深厚約18～20m，經驗算，支護樁嵌固段較長，經設計院研究及實際工程經驗總結，可采用長短樁方案對嵌固段進行優化設計，并優化支護樁長，從而節省成本。

3.4 攪拌樁樁長再次優化

施工圖中三軸攪拌樁樁長約35m，經設計反復對比發現前期勘察報告關于淤泥質砂的土性、滲透系數等設計參數的定義有所不符，要求現場補充抽水試驗驗證。根據勘察補充調整的基坑設計參數，三軸攪拌樁長度由35m 調整為20～25m，間距由1.2m 調整為1.8m，并由原三軸攪拌樁套打一孔的方式調整為搭接250mm。該措施優化成本約950 萬元，優化后基坑支護總成本約5100 萬元，每延米造價約48100 元/m。

3.5 反壓土臺水泥摻量優化

綜合考慮反壓土臺的自立和自穩性后，將斜支撐反壓土臺的水泥摻入量，在基坑底標高以上攪拌樁水泥含量調整為8%或5%，優化成本約240 萬元。

3.6 降/回灌井布置優化

結合基坑支護平面，精細化設計，細扣降/回灌井的平面布置，審慎調整，適當增加井與井之間的間距，優化成本約43 萬元。

3.7 細化分段精細化設計

利用各個地勘孔揭露的地層情況的不同，精細化設計細化剖面圖，部分剖面支護樁樁長減少1～7m，經測算此部分成本減少約170 萬元。

4 成本對比

經過反復的探討和設計方案的不斷優化，初始方案與最終實施的方案造價對比如表3 所示。

表3 整體方案造價對比

5 結語

通過近兩年來在基礎基坑上的研究，以及最新項目上的實踐，在基坑設計和成本控制上[6]，此成本優化案例有以下幾方面可供推廣應用。

5.1 工作方式方法上

（1）成本前控，設計方案選型是重點。經濟適配的方案是后續再優化的基礎。

（2）設計方案優化要全方位、全過程進行。按成本占比優化的順序：支護形式（支護樁等）、止水形式（三軸攪拌樁等）、加固形式（錨索、內撐等）；設計方案無論是在方案階段還是施工階段都要保持優化的動力。

（3）方案優化工作要深入、細化。對每種形式的優化、每個剖面的優化都要深入細部，并且包括零星部件的優化。

（4）要有結構性思維，方案聯動，綜合經濟最優。基坑支護方案可以聯動大土方平衡、主體結構（含樁基礎）、周邊場地環境等，結合工期選擇最經濟的方案組合。

（5）要有創新意識、敢想敢干。方案的想法需要創新，在保障安全的基礎上，選擇綜合經濟最優的；地區的部分管理約定可以提前溝通協調，一些突破性的方案能更好節省成本，多嘗試就多一次機會。

5.2 技術細節上

（1）距離相近的小地塊件間可優先采用整體連通基坑設計。

（2）軟土地基的二層地下室，基坑挖深度在9～10m之間，如基坑開挖面積較大，采用長短樁支護的方式，優于全長樁支護方案。

（3）一層地下室基坑開挖深度2～5m，場地允許采用放坡支護的方式，相對于其他支護方案，有著基坑工程造價、工期及施工便利性等多方面的優勢。

（4）參考《基坑工程技術指南》，按其中推薦的成本順序，逐步嘗試成本最優、項目適用的最佳支護形式。